Использование SCARA-роботов Delta DSR для упаковки продукции в короба позволяет значительно повысить эффективность работы упаковочной линии, полностью заменив человека в рутинных операциях
Для фасовки в пакеты сыпучих продуктов питания, таких как крупы, орехи, специи, мелкие сухофрукты и макаронные изделия, большинство предприятий используют автоматизированные упаковочные линии. При этом на многих предприятиях России операция укладывания пакетов в групповую упаковку выполняется вручную.
В течение рабочей смены у работника накапливается усталость, в результате чего снижается скорость его работы и появляются ошибки, в том числе и такие, которые могут привести к авариям. В результате — простой оборудования и затраты на восстановление его работоспособности.
Роботизация производства в целом приводит к значительному снижению числа аварий и простоев оборудования, повышению эффективности его работы и производительности и исключению ошибок, вызванных человеческим фактором. При этом значительно сокращается число низкоквалифицированных работников с одновременным созданием рабочих мест для нескольких высококвалифицированных сотрудников — инженеров, операторов автоматизированных линий и роботизированных ячеек и т.д. Например, использование промышленных SCARA-роботов, таких как Delta DRS, вместо человека на рутинной операции упаковки пакетов в коробки позволяет обеспечить работу упаковочных линий с максимальной производительностью, на которую они рассчитаны.
В автоматизированных упаковочных линиях на предприятии одного из российских производителей пищевой продукции присутствовала операция ручной укладки пакетов с продукцией в короба. Производительность используемого на предприятии фасовочного оборудования составляла 40-45 килограммовых пакетов в минуту. Далее силами двух работников выполнялась их укладка вручную по 20 пакетов в короб. Результирующая скорость такой упаковки двумя сотрудниками — два короба (40 пакетов) в минуту без учета обеда и пересменки. И таких линий в упаковочном цеху работает несколько.
Чтобы обеспечить требуемый объем производства (фасовки продукции), работа предприятия велась в три смены. Количество работников, занятых ручной упаковкой продукции в короба, прямо пропорционально количеству линий и рабочих смен. Например, при работе двух линий в три смены для упаковки продукции задействованы 12 человек в день. Больше линий — больше людей. А это означает значительный фонд оплаты труда ежемесячно, необходимость администрирования персонала, требование наличия резерва сотрудников на случай болезни/выходных/отпуска кого-либо из укладчиков и т.п.
В целях повышения эффективности производства и оптимизации финансовых потоков предприятия на выходе упаковочной линии для укладки пакетов в короба были установлены 4 SCARA-робота Delta DRS. Расположены они последовательно (каскадно) по два с каждой стороны конвейера. В качестве инструмента захвата пакетов используются вакуумные присоски.
Движущиеся по конвейеру килограммовые пакеты с фасованной продукцией роботы автоматически укладывают в короба. Схема их работы организована следующим образом. По каждой стороне конвейера первый робот укладывает в короб 10 пакетов по 5 шт. в ряд, далее короб движется ко второму роботу, который укладывает еще 10 пакетов. В результате 4 робота упаковывают 40 пакетов (два короба) в минуту. Сменой короба также управляет SCARA-робот: после укладывания 10 пакетов первый робот дает команду на его перемещение ко второму роботу, а к первому в это момент подается пустой короб.
SCARA-робот Delta DRS состоит из кинематического механизма и механической конструкции, специализированного контроллера Delta ASD-MS и сервоприводов. Современная электроника (контроллер + сервоприводы) обеспечивают высокое быстродействие робота. Так, время, необходимое Delta DRS для прохождения расстояния 25 мм по вертикали и 300 мм по горизонтали и возврата в исходную позицию с полезной нагрузкой в 1 кг составляет всего 0,42 сек для робота модели DRS40L и 0,39 сек для робота модели DRS60L. Все необходимые вычисления для корректного захвата с конвейера пакетов с продукцией и управление сервоприводами робота выполняет контроллер Delta ASD-MS.
После вхождения пакета в зону упаковки срабатывает датчик, который запускает выполнение программы робота. Далее контроллер размещает захват робота на небольшом расстоянии над пакетом на конвейере и синхронизирует их скорости движения.
При этом пакет продолжает движение по конвейеру и задача контроллера — обеспечить одновременное движение манипулятора вместе с пакетом на малой высоте над ним в том же направлении и с той же скоростью. Таким образом к моменту захвата пакет и манипулятор друг относительно друга — неподвижны. Это необходимо для надежного захвата присосками, т.к. при «боковых» нагрузках пакет срывается с них практически без усилий.
Далее контроллер включает подачу вакуума в присоски, которые и захватывают пакет. После этого робот перемещает пакет в зону расположения короба и вакуум снимается.
Для ускорения отделения пакета от присосок в них может подаваться короткий импульс сжатого воздуха (импульс сброса). В результате пакет опускается в короб. При этом каждый пакет укладывается на своё место согласно схеме раскладки.
Чтобы обеспечить точное совпадение скорости движения манипулятора над движущимся по конвейеру пакетом, контроллер робота использует специализированный программный трекинг-модуль. Его применение дает возможность также оптимизировать маршруты раскладки пакетов в короб, поскольку робот захватывает пакеты не из одной и той же точки конвейера, а из разных в пределах своей рабочей зоны.
Такой разброс точек захвата вызван тем, что длина маршрутов от конвейера до каждого из мест укладки в коробе, а соответственно и время их прохождения, отличаются друг от друга. И пока робот возвращается от короба к конвейеру очередной пакет окажется в другой точке конвейера, отличной от той, где осуществлялся захват предыдущего пакета. В таких ситуациях применение трекинг-модуля позволяет повысить производительность работы на 10%.
В зависимости от типа используемых вакуумных присосок определяется требуемый уровень вакуума, длительность вакуумирования и максимальная скорость движения робота, при которой пакет будет гарантированно перемещен в короб. При недостаточном значении вакуума и/или слишком высокой скорости пакет может упасть в процессе движения и останова манипулятора.
Иногда возникают ситуации, когда робот не может захватить пакет вакуумным захватом, например, из-за его замятия. На этот случай в программе робота задается время ожидания, через которое робот прекращает попытки захвата данного пакета и переходит к следующему. Это позволяет избежать излишних задержек и снижения производительности упаковочной линии. Далее такие «незахваченные» пакеты попадают в накопитель, установленный в конце конвейера, откуда они могут быть уже вручную упакованы в короба (при отсутствии повреждений пакетов).
Как уже упоминалось, пакеты укладываются в короба по определенной схеме. При этом траектории движения манипулятора робота для каждого места укладки отличаются друг от друга. Соответственно, отличается и время укладки каждого из пакетов. И чтобы обеспечить максимальную производительность при наполнении коробов, требуется оптимизировать все эти траектории. В результате тонкой настройки контроллеров роботов и оптимизации траекторий движения система из 4 SCARA-роботов Delta DSR уверенно без единой ошибки наполняет короба со скоростью до 49-50 пакетов в минуту 24 часа 7 дней в неделю без перерыва.
В системе предусмотрено два режима работы. Первый из них описан выше — каждый робот наполняет половину короба (10 пакетов). В случае каких-либо нештатных ситуаций или проведения профилактических работ с одним из роботов, оператор переключает второго робота в режим наполнения короба целиком (20 пакетов).
Ранее, при ручной укладке продукции в короба, упаковочные линии вынужденно простаивали во время пересменок, кратковременных пауз в работе сотрудников-укладчиков и перерывов на обед. Сегодня, благодаря внедрению в каждую из упаковочных линий системы из 4 SCARA-роботов Delta DSR вместо нескольких сотрудников-укладчиков, простои отсутствуют. Это позволяет упаковывать большее количество продукции за рабочую смену и снизить количество брака при запуске и остановке производственных линий, что уменьшает себестоимость продукции или сокращает производственные затраты на единицу продукции.
Во многих отраслях промышленности для выполнения постоянно повторяющихся рутинных операций, которые традиционно выполнялись вручную, целесообразно использовать SCARA-роботов, например, серии Delta DSR.
Основные сферы их применения:
В модельном ряду этих роботов есть устройства с длиной руки 400/500/600/700 мм. Максимальная нагрузка — 6 кг, точность позиционирования ±0,01 мм/±0,01°. Время, затрачиваемое SCARA-роботам Delta DRS для перемещения полезной нагрузки массой 1 кг на 25 мм по вертикали и 300 мм по горизонтали с возвратом в исходную позицию составляет 0,42 сек для модели DRS40L и 0,39 сек для модели DRS60L.
В операциях вставки/установки (например, электронных компонентов на печатную плату) встроенная в роботы Delta серии DRS функция бездатчикового совмещения компенсирует несоосность детали и посадочного отверстия (или компенсирует смещение элемента относительно посадочного места) и обеспечивает выполнение задания быстро, точно и плавно.
В простом и удобном интерфейсе ПО реализовано несколько интуитивных методов обучения робота с использованием различных инструментов (планшет, панель оператора, пульт обучения, ПК, ручное обучение). В процессе обучения позиция может задаваться перемещением робота вручную и записывается в память SCARA-робота. Кроме прямолинейных движений реализовано управление движением по дуге. Это позволяет строить оптимальные траектории движения, сокращая время перемещения. Встроенные функции позволяют предотвратить столкновение руки робота при приближении к крайним или угловым точкам маршрута.
Предусмотрен также сбор различных данных о работе робота в реальном времени. Это дает возможность оптимизировать его работу путем анализа различных производственных и технических данных, например, количество уложенных и пропущенных пакетов за смену, время прохождения маршрутов, скорость движения по каждой оси и др. Мониторинг и анализ данных робота может выполняться в реальном времени.